什么是 Semaphore? 计数、二进制类型示例

的特征 Semaphore

以下是信号量的特点：

• 它是一种可用于提供任务同步的机制。
• 它是一种低级同步机制。
• Semaphore 将始终保持非负整数值。
• Semaphore 可以使用测试操作和中断来实现，这应该使用文件描述符来执行。

有哪些 Semaphores

两种常见的信号量是

• 计数信号量
• 二进制信号量。

计数 Semaphores

这类 Semaphore 使用计数来帮助多次获取或释放任务。如果初始计数 = 0，则应在不可用状态下创建计数信号量。

然而，如果计数 > 0，则信号量在可用状态下创建，并且它拥有的令牌数等于它的计数。

二进制 Semaphores

二进制信号量与计数信号量类似，但是它们的值限制为0和1。在这种信号量中，只有当 semaphore = 1 时，等待操作才有效，而当 semaphore = 0 时，信号操作成功。它比计数信号量更容易实现。

示例 Semaphore

下面给出的程序是逐步实现的，其中涉及信号量的使用和声明。

Shared var mutex: semaphore = 1;
Process i
    begin
    .
    .
    P(mutex);
    execute CS;
    V(mutex);
    .
    .
    End;

等待 Signal Opera在 Semaphores

这两个操作都用于实现 进程同步.这个信号量操作的目的是为了获得互斥。

等待 OperaTION

这种信号量操作可帮助您控制任务进入临界区。但是，如果 wait 的值为正，则 wait 参数 X 的值会减少。如果为负值或零值，则不执行任何操作。它也被称为 P(S) 操作。

信号量值减少至负值后，命令将被暂停，直到满足所需条件为止。

Copy CodeP(S)
{ 
    while (S<=0);
    S--;
}

Signal 操作

这类 Semaphore 操作用于控制任务从临界区退出。它有助于将参数的值增加 1，表示为 V(S)。

Copy CodeP(S)
{ 
    while (S>=0);
    S++;
}

计数 Semaphore 与二进制 Semaphore

这里，是计数和二进制信号量之间的一些主要区别：

计数 Semaphore	二进制 Semaphore
无互斥	相互排斥
任意整数值	值仅 0 和 1
多个插槽	只有一个插槽
提供一套流程	它具有互斥机制。

之间的区别 Semaphore 与互斥锁

参数	Semaphore	互斥
机制	它是一种信号机制。	这是一种锁定机制。
数据类型	Semaphore 是一个整型变量。	互斥锁只是一个对象。
修改	等待和信号操作可以修改信号量。	它仅可由可能请求或释放资源的进程修改。
资源管理	如果没有空闲资源，则进程需要资源，并执行等待操作。它应该等待，直到信号量的计数大于 0。	如果被锁定，进程必须等待。进程应保存在队列中。仅当互斥锁解锁时才需要访问该队列。
Thread	您可以有多个程序线程。	互斥锁中可以有多个程序线程，但不能同时存在。
所有权	任何释放或获取资源的过程都可以改变该值。	对象锁仅由获得该锁的进程释放。
类型	有哪些 Semaphore 计数信号量和二进制信号量	Mutex 没有子类型。
操作	Semaphore 使用wait（）和signal（）操作来修改值。	互斥对象被锁定或解锁。
资源占用	如果所有资源都在使用，则信号量被占用，请求资源的进程执行wait（）操作并阻塞自身，直到信号量计数变为>1。	如果对象已被锁定，则请求资源的进程将等待，并且会被系统排队，直到锁被释放。

的优点 Semaphores

以下是使用的优点/好处 Semaphore:

• 它允许多个线程访问临界区
• Semaphore与机器无关。
• Semaphore是在微内核的机器独立代码中实现的。
• 它们不允许多个进程进入临界区。
• 由于信号量处于忙等待状态，因此不会浪费进程时间和资源。
• 它们是与机器无关的，应该在微内核的机器无关代码中运行。
• 它们允许灵活地管理资源。

信号量的缺点

以下是信号量的缺点

• 信号量的最大限制之一是优先级反转。
• 操作系统必须跟踪所有等待和信号信号量的调用。
• 它们的使用从未被强制执行，而只是按照惯例。
• 为了避免信号量中的死锁，Wait 和 Signal 操作需要按照正确的顺序执行。
• Semaphore 编程很复杂，因此有可能无法实现互斥。
• 这也不是一种适合大规模使用的实用方法，因为使用它们会导致模块化的丧失。
• Semaphore 更容易出现程序员错误。
• 可能导致 僵局 或由于程序员错误而违反互斥规定。

结语

• Semaphore 被定义为非负且在线程之间共享的变量。
• 它是一种可用于提供任务同步的机制。
• 计数信号量使用计数来帮助多次获取或释放任务。
• 二进制信号量与计数信号量非常相似，但是其值限制为 0 和 1。
• 等待操作可帮助您控制任务进入临界区
• Signal 信号量操作用于控制任务从临界区退出
• 计数 Semaphore 没有互斥，而二进制 Semaphore 具有互斥性
• Semaphore 表示信号机制，而 Mutex 表示锁定机制
• Semaphore 允许多个线程访问临界区
• 信号量的最大限制之一是优先级反转。